EP2836736A1

EP2836736A1 - Betätigungseinheit einer bremsanlage und verfahren zum bremsen

Info

Publication number: EP2836736A1
Application number: EP13723437.3A
Authority: EP
Inventors: Georg Bachmaier; Gunter Freitag; Andreas GÖDECKE; Karl-Josef Kuhn
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-02-18
Also published as: WO2014016002A1; DE102012213268A1

Abstract

Erläutert wird eine Betätigungseinheit (16) einer Bremsanlage (10,) mit vorzugsweise Selbstverstärkung, enthaltend: - eine Trägervorrichtung (18a, 18b), - ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement (40), das an der Trägervorrichtung (18a, 18b) angeordnet ist, - mindestens ein Bremselement (30), das an dem Betätigungselement (40) angeordnet ist, - ein an der Trägervorrichtung (18a, 18b) angeordnetes Abstützelement (42), das auf Fluidbasis arbeitet, - wobei das Abstützelement (42) an dem Betätigungselement (40) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46) zwischen dem Betätigungselement (40) und dem Abstützelement (42) gibt, - und wobei das Abstützelement (42) ein Balg ist oder einen Balg enthält. Zwischen Abstützelement (42) und Betätigungselement (40) kann es eine hydraulische Verbindung geben. Das Abstützelement (42) kann Teil eines Trägerelementes des Betätigungselementes (40) sein.

Description

Beschreibung

Betätigungseinheit einer Bremsanlage und Verfahren zum Bremsen

Bremsanlagen werden insbesondere bei Autos eingesetzt, aber auch im allgemeinen Maschinenbau, z.B. bei Nutzfahrzeugen, Flugzeugrädern, Aufzugsbremsen, Windrädern etc. Beispielsweise im Rahmen des Trends zu Elektrofahrzeugen werden neue Anforderungen an die Bremsen eines Fahrzeugs gestellt. Insbesondere können selbst verstärkende Bremsen eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit einer Bremsanlage, enthaltend:

- eine Trägervorrichtung,

- ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement, das an der Trägervorrichtung angeordnet ist,

- mindestens ein Bremselement, das an dem Betätigungselement angeordnet ist,

- ein an der Trägervorrichtung angeordnetes Abstützelement, das auf Fluidbasis arbeitet,

- wobei das Abstützelement an dem Betätigungselement angeord- net ist oder wobei es eine starre Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement gibt,

- und wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält . Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bremsen, enthaltend :

- fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes einer Bremse,

- Einleiten einer beim Bremsen erzeugten Querkraft in ein fluidbasiertes Abstützelement,

- Umleiten des Fluiddrucks vom Abstützelement in das Betätigungselement , - wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist.

Es besteht die Aufgabe eine einfach aufgebaute Betätigungs- einheit einer Bremse anzugeben, die insbesondere wartungsfrei ist. Außerdem soll ein zugehöriges Verfahren angegeben werden .

Die auf die Betätigungseinheit bezogene Aufgabe wird bei ei- ner Weiterbildung durch die im Anspruch 1 angegebene Bremse gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gleiches gilt für das im Anspruch 15 angegebene Verfahren . Die Betätigungseinheit einer Bremsanlage mit vorzugsweiser Selbstverstärkung kann enthalten:

- eine Trägervorrichtung, z.B. einen Schwimmsattel oder einen Festsattel ,

- ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement, das an der Trägervorrichtung angeordnet ist, z.B. einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder oder bevorzugt einen hydraulischen oder pneumatischen Metallbalg,

- mindestens ein Bremselement, das an dem Betätigungselement angeordnet ist, z.B. ein Bremsbelag,

- wobei das Abstützelement an dem Betätigungselement angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement gibt,

- und wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, vorzugsweise einen Metallbalg.

Vorzugsweise besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Abstützelement und dem Betätigungselement. Das Abstütz- element kann Teil eines Trägerelementes des Betätigungselementes sein. Die Bremse kann in einer Maschine eingesetzt werden, z.B. in einer Transportmaschine, wie einem Kraftfahrzeug, einem Lastwagen oder einer anderen Arbeitsmaschine. Das Kraftfahrzeug kann mit einem Verbrennungsmotor oder mit einem Elektromotor angetrieben werden oder einen hybriden Antrieb enthalten. Die Bremse kann aber auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, z.B. Aufzugsbremse, Flugzeugrad, Windrad.

Insbesondere bei Elektrofahrzeugen werden neue Radkonzepte eingesetzt, z.B. Radnabenmotor. Es entstehen neue Anforderungen an den Bauraum und an das Gewicht der Bremsen. Der Bauraum soll möglichst klein sein. Ebenso soll das ungefederte Gewicht am Rad möglichst klein sein, was sich bspw. durch ein geringes Gewicht der Bremse erreichen lässt. Außerdem soll die Bremse wartungsarm sein, insbesondere trotz der hohen mechanischen Belastungen.

Durch das Zusammenwirken von Betätigungselement und Abstützelement lässt sich eine selbst verstärkende Bremse erzielen, die mit geringer externer Bremsleistung arbeitet, was den Einsatz kleiner Druckerzeugungseinheiten erlaubt. Die Druckerzeugungseinheit kann eine Pumpe mit Elektromotor sein, insbesondere eine bidirektionale Pumpe. Alternativ können Piezoantriebe für die Druckerzeugungseinheit verwendet wer- den.

Kleinere Druckerzeugungseinheiten führen zu einer kleineren Leistungselektronik und zu einem geringeren Gewicht der elektrischen Verkabelung.

Der Einsatz eines Balges als Abstützelement führt zu einem wartungsfreien Element, das über die gesamte Betriebsdauer von bspw. mehr als 10 Jahren genutzt werden kann. Außerdem hat ein Balg ein geringeres Gewicht als ein Zylinder und auch eine höhere Rückstellkraft.

Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Flüssigkeiten sind weniger kompressibel als Gase und deshalb für Bremsanwendungen besonders geeignet, um ein schnelles Bremsen zu ermöglichen. Im Fall eines flüssigen Fluids handelt es sich um eine Hydraulik. Im Fall eines gasförmigen Fluids handelt es sich um eine Pneumatik. Ein Beispiel für ein flüssi- ges Fluid ist ein Silikonöl.

Die Trägervorrichtung kann bspw. ein Rahmen oder ein Gehäuseteil sein oder enthalten. Die Trägervorrichtung kann einen schwimmend gelagerten Teil enthalten, der bei der Betätigung des Betätigungselementes relativ zu einem ruhenden Teil der

Trägervorrichtung bewegt wird. Der ruhende Teil kann an einem Maschinenrahmen, z.B. einem Fahrzeugrahmen, befestigt sein oder ausgebildet sein. Eine schwimmende Lagerung lässt sich bspw. über mindestens eine Linearführung erreichen, Vorzugs - weise werden mindestens zwei zueinander parallele Führungen eingesetzt, um die Kräfte besser aufnehmen zu können.

An Stelle eines zweifach schwimmend gelagerten Schwimmsattels kann auch ein Festsattel in Bezug auf das Betätigungselement verwendet werden und ein Schwimmsattel in Bezug auf das Abstützelement. Somit ist der Schwimmsattel in einer Richtung schwimmend gelagert, die in Umfangsrichtung der Bremsscheibe liegt . Das Betätigungselement kann ein hydraulisch oder pneumatisch betätigter Kolben sein. Alternativ und bevorzugt kann ein Balg eingesetzt werden, insbesondere ein Metallbalg oder ein Balg aus einem metallischen Material. Ein Balg hat im Vergleich zu einem Zylinder den Vorteil der Wartungsfreiheit, des geringeren Gewichts und einer höheren intrinsischen Rückstellkraft .

Damit die Umfangskräfte beim Bremsen auf das Abstützelement übertragen werden können, kann eine zweite "schwimmende" La- gerung der Trägervorrichtung vorgesehen sein in eine Richtung, die quer, vorzugsweise im Winkel von 90 Grad zur Richtung der ersten schwimmenden Lagerung liegt. Eine schwimmende Lagerung lässt sich bspw. über mindestens eine Linearführung erreichen, vorzugsweise werden mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Führungen eingesetzt, um die Kräfte besser aufnehmen zu können. Ein Balg, insbesondere der Balg des Abstützelements - aber ggf. auch der Balg des Betätigungselements, kann mindestens einen dehnbaren Abschnitt enthalten. Der dehnbare Abschnitt kann eine umlaufende Seitenwand enthalten, bei der sich der Abstand von einander gegenüberliegenden Stellen mit zunehmen- dem Abstand zu einer Öffnung im Balg mehrmals vergrößert und wieder verkleinert, insbesondere periodisch, z.B. mehr als zwei Mal, mehr als drei Mal oder mehr als vier Mal. Insbesondere wird ein Balg mit wellenförmiger Wand verwendet. Auch eine gefaltete Wand kann verwendet werden oder eine Wand aus einzelnen Segmenten, die untereinander verbunden sind, bspw. durch Falzen oder Bördeln. Aber auch Faltenbälge oder andere Bälge sind geeignet. Der Durchmesser eines Balgs mit kreisrundem Querschnitt kann sich bei konstanter Länge des Balgs, d.h. ohne Druckeinwirkung mit zunehmendem Abstand zu einem Balgboden, bspw. um mehr als einen Millimeter oder um mehr als fünf Millimeter ändern. Beispielsweise sind die Änderungen kleiner als 2 Zentimeter oder kleiner als 1 Zentimeter. Die Wandstärke der Wand kann dabei im Wesentlichen gleich bleiben, z.B. mit Schwankungen kleiner als 1 Millimeter oder kleiner als 0,1 Millimeter.

Die Wandstärke liegt bspw. im Bereich zwischen 0,2 Millimeter bis zwei Millimeter. Der Abstand von einander gegenüberliegenden Wandstellen liegt bspw. zwischen 5 Zentimetern und 10 Zentimetern.

Es kann auch ein Balg mit Doppelwand, Dreifachwand usw. eingesetzt werden. Ein Balg ist im Gegensatz zu bspw. einem Abstützzylinder bzw. Bremszylinder dicht, d.h. es kann kein Fluid austreten oder eintreten, ebenso kein Gas oder Staub. Außerdem gibt es bei einem Balg bspw. im Vergleich zu einem hydraulischen Kolben keine Reibung zwischen einer Kolbenführung und dem Kolben bzw. an einem Abdichtelement. Ein Abdichtelement (oft elastisch, z.B. Gummi) ist bei einem Balg nicht vorhanden, so dass auch die mit dem Abdichtelement verbundenen Probleme nicht auftreten, z.B. Alterung die zu Poren führt, Erwärmung, die zu einem Verringern der Dichtheit führt. Weiterhin hat ein Balg ein geringes Gewicht als ein Kolben und die zugehörige Kolbenführung. Auch hat ein Balg eine Rückstellkraft, die bei einem Kolben bzw. Zylinder nicht ohne weiteres vor- handen ist.

Bei der Herstellung eines Metallbalgs können galvanische Verfahren eingesetzt werden. Die Form eines metallischen Kerns kann die Form des Balgs beim Galvanisieren vorgeben. Galvani- siert wird bspw. mit Außenstrom. Der Kern kann nach dem Galvanisieren bspw. mit einer Chemikalie aufgelöst werden, wenn Kern und Balg aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen. Auch Schichten aus voneinander verschiedenen Metallen lassen sich nacheinander aufgalvanisieren . Somit können auch Querschnitte erzeugt werden, die von einer Kreisform abweichen .

Zur Herstellung des Balgs können auch andere Metallbearbeitungsverfahren verwendet werden, wie Ziehen oder Umformen. Typische Metalle für Bälge sind Eisenverbindungen, insbesondere Stahl, Nickelverbindungen usw.

Es können Bälge verwendet werden, deren Querschnitt kreisförmig, ellipsenförmig oder eine andere Form hat, z.B. eine an die Bremsscheibe angepasste Form.

Selbst nach 10 Jahren ist der Balg noch dicht. Die gesamte Hydraulik kann in den Balg eingebaut werden und ist damit auch über die genannte Zeit dicht nach außen hin. Diese Einbauten erhöhen die Steifigkeit des Balgs.

Beim Balg ändert sich beim Betätigen eine Krümmung an Segmenten der Balgwand oder es ändert sich ein Winkel zwischen Segmenten der Seitenwand. Die Änderung der Krümmung oder des Winkels bewirkt die Längenänderung, bspw. bei einer Druckerhöhung im Balg. Umgekehrt kann auch ein äußerer Druck durch eine Verkürzung des Balgs aufgenommen werden, die zu einer Druckerhöhung im Balg führt .

Im Balg kann sich mindestens eine Öffnung befinden oder es können sich mehrere Öffnungen im Balg befinden, die Öffnungen können zum Eintritt und Austritt eines Fluids dienen, d.h. eines fließenden Mediums.

Der Balg kann einen Balgboden und einen dem Balgboden gegenüberliegenden Balgverschluss enthalten. Im Balgverschluss kann die Öffnung für das Fluid angeordnet sein. Eine Balgwand ist bspw. zwischen Balgboden und Balgverschluss angeordnet.

Das Bremselement kann ein Bremsbelag sein, der bspw. organische Zusätze enthält, wie Harz oder Gummi. Aber auch Sinterwerkstoffe können verwendet werden, insbesondere mit oder ohne organische Zusatzstoffe.

An dem Bremselement kann eine Bremsfläche ausgebildet sein, wobei das Betätigungselement bei einer Betätigung eine Längenänderung seiner Länge bewirkt, die zu einer Verschiebung der Bremsfläche führt.

Die Bremsfläche kann beim Bremsen gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden, so dass ein Abbremsen der Bremsscheibe und des damit verbundenen Rades erfolgt. Auf das Betätigungselement wirkt beim Bremsen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe eine Kraft, die bei einer nicht selbst verstärkenden Bremse an der Trägervorrichtung abgestützt wird. Bei der selbst verstärkenden Bremse kann diese Kraft in das Abstützelement eingeleitet werden und anschließend zum Bremsen genutzt werden. Damit lässt sich die kinetische Energie des Fahrzeugs oder einer anderen Vorrichtung zum Bremsen nutzen.

Die Verschiebung der Bremsfläche kann entlang einer ersten Achse erfolgen. Ist die Betätigungseinheit ein Zylinder mit beweglichem Kolben, so stimmt die erste Achse bspw. mit der Längsachse des Kolbens bzw. des Zylinders überein. Bei einem Balg als Betätigungselement liegt die Achse bspw. in Normalenrichtung des Balgbodens bzw. des Balgverschlusses.

Die erste Achse kann parallel zu einer Rotationsachse einer Bremsscheibe liegen, die durch die Betätigungseinheit gebremst wird. Das Abstützelement kann bei einer Betätigung des Betätigungs- elements durch eine an einer Bremsscheibe entstehende Um- fangskraft zusammengedrückt werden, die auf das Betätigungselement und von diesem auf das Abstützelement wirkt. Somit kann die kinetische Energie der Bremsscheibe bzw. des die Bremsscheibe treibenden Rades und damit die bspw. im Fahrzeug gespeicherte Bewegungsenergie zum Bremsen genutzt werden, was auch als Selbstverstärkung der Bremse bezeichnet wird. Im Zusammenhang mit neuen Regelungskonzepten der Me- chatronik, insbesondere unter Nutzung von modernen Prozessoren, Mikroprozessoren und MikroControllern, lassen sich schnelle und sichere Bremsen mit Selbstverstärkung erreichen. Alternativ werden Schaltungen ohne Prozessor verwendet, z.B. Zustandsautomaten auf der Basis programmierbarer logischer Schaltkreise, z.B. FPGA (Field Programmable Gate Array) .

Ein Fluidsystem kann das Betätigungselement und das Abstützelement verbinden. Das Fluidsystem ist bspw. ein hydraulisches System aus Leitungen bzw. Kanälen und aus Schalteinhei - ten, wie Mehrwegeventilen oder Einwegventilen. So werden bspw. Rückschlagventile verwendet. Eine Druckerzeugungseinheit kann einen geringen Vordruck aufbauen. Die Druckerzeugungseinheit ist bspw. eine Pumpeinheit oder ein Druckspeicher. Das Fluidsystem kann Leitungen aus einem starren Mate- rial enthalten, z.B. Metallleitungen oder Metallkanäle. Alternativ können aber auch flexible Schläuche verwendet werden . Das Fluidsystem kann mindestens ein Mehrwegeventil enthalten. Das Mehrwegeventil kann eine Fluidverbindung entlang mindestens zweier Wege schalten, wobei ein kleiner Bauraum verwendet wird. An Stelle des Mehrwegeventils können jedoch auch zwei oder mehr als zwei Einwegventile verwendet werden.

Die Ventile können elektronisch, über ein Fluid oder auf andere Art und Weise betätigt werden. Das Mehrfachventile (A, B, C) kann "normally open" bzw. "normal offen" sein, d.h. in Stellung C, Cl bei Ausfall der Versorgungsspannung oder des Versorgungsdrucks. Dies führt zu einer Sicherheit des Systems im Sinne von "Eigensicherheit", die bei Bremsen besonders wichtig ist.

Das Mehrwegeventil kann mindestens drei Anschlüsse haben oder enthalten .

Ein erster Anschluss des Mehrwegeventils kann mit dem Betäti- gungselement verbunden sein. Ein zweiter Anschluss des Mehrwegeventils kann mit dem Abstützelement verbunden sein.

Damit kann das Mehrwegeventil wahlweise eine hydraulische/pneumatische Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement schalten oder trennen.

Ein dritter Anschluss des Mehrwegeventils kann mit einem Flu- idspeicher verbunden sein. Der Druck im Fluidspeicher bzw. in einem Reservoir kann dem Umgebungsdruck entsprechen. Der Flu- idspeicher stellt ein zusätzliches Volumen, insbesondere ein veränderbares Volumen, für das Fluid zu Verfügung und schafft so einen Fluidpuffer bzw. Fluidbuffer. Bspw. enthält der Fluidspeicher eine Membran. Damit kann das Mehrwegeventil wahlweise eine hydraulische/pneumatische Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement oder zwischen dem Betätigungselement und der Fluidspeichereinheit schalten. Ein zweites Abstützelement kann an der Trägervorrichtung angeordnet sein. Das zweite Abstützelement kann an dem Betätigungselement angeordnet sein oder es kann eine starre Verbin- dung zwischen dem zweiten Abstützelement und dem Betätigungs- element geben.

Damit kann eine Selbstverstärkung beim Bremsen in zwei einander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen genutzt werden, z.B. beim Vorwärtsfahren und beim Rückwärtsfahren oder beim Hochfahren oder Herunterfahren eines Aufzuges, etc.

Das Bremselement kann an einer Bremsscheibe oder an einem freien Zwischenraum für eine Bremsscheibe angeordnet sein.

Die Bremsscheibe bzw. der Zwischenraum kann bei einer Ausgestaltung bspw. zwischen zwei Bremsbelägen der Scheibenbremse liegen. Beim Bremsen können sich die beiden Bremsbeläge aufeinander zu und damit an die Bremsscheibe bewegen. Alternativ kann auch die Bremsscheibe an die Bremsbeläge gedrückt werden .

Der Balg des Abstützelementes und/oder des Betätigungselements kann bei einer Ausgestaltung ein metallischer Balg sein oder ein Balg, der ein metallisches Material enthält. Durch das Metall erhält der Balg die erforderliche mechanische Steifigkeit und Festigkeit. Zusätzliche Federelemente sind auf Grund der Rückstellkraft des Balgs nicht erforderlich. Jedoch können solche Federelemente bei Bedarf verwendet wer- den.

Die Betätigungseinheit kann bei einer Ausgestaltung eine Druckanpassungsvorrichtung enthalten, z.B. einen Zylinder mit einem Kolben, der zwei unterschiedlich große Wirkflächen an den einander gegenüberliegenden Seiten einer Kolbenstange hat. Die eine Fläche kann um mindestens 50 Prozent oder um mindestens 100 Prozent kleiner als die andere Fläche sein. Die Druckanpassungsvorrichtung wird auch als Hubübersetzter bezeichnet. Die DruckanpassungsVorrichtung kann somit bspw. ein Zylinder mit zwei voneinander verschiedenen Querschnitts - flächen sein. Das hydraulische System wird durch die Druckanpassungsvorrichtung "weicher" .

Der Betrieb einer Vorpumpe kann bei einer Ausgestaltung eingeschränkt werden, wenn ein Druckspeicher verwendet wird, der bspw. durch die DruckanpassungsVorrichtung mit Druck beaufschlagt wird.

In der Betätigungseinheit kann bei einer Ausgestaltung auch eine Druckspeichereinheit vorhanden sein. Die Druckspeichereinheit ist bspw. für einen Druck im Bereich von 1 MPa bis 15 MPa (Megapascal) ausgelegt.

Das Betätigungselement und das Abstützelement können einstückig und/oder metallisch dicht gefertigt sein. Einstückig bedeutet hier, dass beide Teile bspw. in demselben Herstel- lungsprozess gefertigt worden sind, z.B. in demselben galva- nischen Verfahren, insbesondere gleichzeitig. Es entsteht nur ein einziges Teil, das dicht und wartungsfrei ist. Metallisch dicht bedeutet hier, dass ein Wasserdurchtritt und/oder ein Gasdurchtritt unterbunden ist. So kann selbst nach zehn Jahren die Sperrwirkung noch vorhanden sein und gewährleisten, dass das Fluid unbeeinträchtigte Gebrauchseigenschaften hat.

Das Betätigungselement und/oder das Abstützelement kann mindestens eine hydraulische Schalteinheit enthalten. Damit kann die mechanische Steifigkeit im Vergleich zu einer Flüssigkeit in dem Balg bspw. durch eine Reduktion des Totvolumens erhöht werden .

Aber auch eine Anordnung des hydraulischen Systems außerhalb des Balges des Abstützelements und/oder des Balges des Betä- tigungselements kann verwendet werden. Die Bremse kann ein Gehäuse enthalten, das die Fluidspeiche- reinheit, die optionale Schalteinheit und den ersten Kanal enthält . Das Gehäuse kann gekapselt sein, d.h. es bildet eine Kapsel um die genannten Einheiten herum. Durch die gekapselte Bauweise kann das Fluid lange verwendet werden, bspw. über eine Zeit die größer ist als 10 Jahre. Insbesondere werden die Fließeigenschaften des Fluids nicht durch eindringende Luft oder Feuchtigkeit herabgesetzt. Auch ein Verschmutzen des

Fluids ist ausgeschlossen durch die Kapselung. Weiterhin können sich auf Grund der Kapselung keine Luft- oder Gasblasen im Bremssystem bilden, so dass die volle Bremswirkung über die gesamte Betriebsdauer von bspw. mehr als zehn Jahren er- halten bleibt .

Die Pumpeinheit und ggf. auch die Antriebseinheit kann ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Alternativ kann insbesondere bei einer Membranpumpe, die Membran einen Teil des gekapselten Gehäuses bilden. Die Antriebseinheit kann dann auf einfache Art außerhalb des Gehäuses an der Membran angeordnet werden, bspw. ein Piezokristall .

Das Gehäuse kann metallisch dicht sein oder metallisch dicht mit dem Balg verbunden sein. Metallisch dicht bedeutet hier, dass ein Wasserdurchtritt und/oder ein Gasdurchtritt unterbunden ist. So kann selbst nach zehn Jahren die Sperrwirkung noch vorhanden sein und gewährleisten, dass das Fluid unbeeinträchtigte Gebrauchseigenschaften hat.

Beispiele für metallisch dichte Verbindung sind bspw. Löten und Schweißen. Aber auch eine einstückige Herstellung von Balg und Gehäuse kann erfolgen, bspw. mit galvanischen Verfahren .

Bei einer Ausgestaltung hat das Gehäuse mindestens eine Durchführung für einen elektrisch leitenden Anschluss . Weil an der Durchführung keine mechanische Bewegung übertragen werden muss, kann die Durchführung gut abgedichtet werden, bspw. mit einem aushärtenden Kunststoff.

Ein Verfahren zum Bremsen kann die folgenden Schritte enthal - ten :

- fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes einer Bremse,

- Umleiten des Fluiddrucks vom Abstützelement in das Betätigungselement ,

- wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist. Für das Verfahren gelten die oben für die Betätigungseinheit und deren Weiterbildungen bzw. Ausgestaltungen genannten technischen Wirkungen.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Schaltein- heit verwendet werden, die mindestens zwei Schaltstellungen und/oder mindestens drei Anschlüsse enthält.

Die Schalteinheit ist bspw. ein Mehrwegeventil oder enthält mindestens zwei Einwegventile.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinheit oder der Schalteinheit das Umleiten des Fluiddrucks erfolgen. Beim Aufbau des Bremsdrucks, d.h. bspw. beim Betätigen eines Bremspedals, wird die erste Schaltstellung verwendet. Die Bremse ist im Selbstverstärkungsmodus .

Bei einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer zweiten Schaltstellung die Umleitung unterbrochen sein. Die zweite Schaltstellung wird bspw. angesteuert, wenn ein Solldruck der Bremse erreicht ist. Der Solldruck wird bspw. abhängig von der Pedalauslenkung eines Bremspedals gewählt. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer dritten Schaltstellung die Umleitung unterbrochen sein und eine Verbindung zwischen der Betätigungseinheit und einem Fluidspei- cher geschaltet sein. Bspw. wird die dritte Schaltstellung gewählt, wenn das Bremspedal entlastet ist.

Die genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen können mit den unten erläuterten Ausführungsbeispielen kombiniert werden .

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird eine selbst verstärkende Bremse mit hydraulischem Wirkprinzip angegeben.

Auf dem Weg zur vollen Elektrifizierung des Automobils ("x- by-wire") stellt die traditionelle Automobilbremse ein Hindernis dar: Für die Aufbringung der notwendigen Bremsdrücke ist ein erheblicher Energieaufwand vonnöten, der im 12 Volt Bordnetz schwer oder gar nicht darstellbar ist. So brauchen traditionelle Bremsen Fluidleitungen durch das ganze Fahr- zeug.

Bisher vorgestellte Ansätze zur elektromechanischen Bremse umfassen unter anderem die folgenden Prinzipien: - Keilbremse (EWN = Electronic Wedge Brake) : Der Bremsbelag wird mittels eines Keils gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der Einsatz eines Keils bietet die Möglichkeit, eine mechanische Untersetzung ("Hebel") zu nutzen, um die notwendigen hohen Bremsandruckkräfte bereitstellen zu können. Bei geeigneter Konstruktion kann der Keil dazu genutzt werden, die Bremse selbst verstärkend auszulegen. Hierbei wird das auf den Bremsbelag wirkende Bremsreaktionsmoment genutzt, um die Bremsandruckskraft zu erhöhen. Dies birgt jedoch die Gefahr der Instabilität ("Festfressen").

- Hebelübersetzung: Der Bremsbelag wird mittels eines Hebels gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der Hebel ist untersetzend ausgeführt, so dass die hohen Bremsandruckkräfte bereits bei einer recht niedrigen Aktorkraft dargestellt werden können, wie sie ein gewöhnlicher Getriebeelektromotor bereitstellt. Durch geeignete Konstruktion des Hebelpunktes kann auch die Hebelkonstruktion selbst verstärkend ausgeführt werden.

- Kugelgewindetrieb: Hierbei wird die rotatorische Bewegung eines Elektromotors mittels einer Kugelgewindespindel stark untersetzt in eine lineare Bewegung umgesetzt. Somit lassen sich platz- und kostensparende kleine Elektromotore einset- zen, die zwar kein großes Moment aufbringen können, aber für hohe Rotationsgeschwindigkeiten einsetzbar sind. Vorteil ist u.a. der einfache Aufbau, Nachteil die langsame und ineffiziente Aktuierung. - Hydraulikpumpe: Die traditionelle, hydraulisch wirkende Automobilbremse kann durch Hinzufügen einer Hydraulikpumpe in eine elektromechanisch wirkende Bremse umgewandelt werden. Hierbei wird der Bremsdruck in einem Reservoir durch eine Pumpe aufgebaut. Durch elektromechanische Ventile wird der Bremsdruck dann je nach Fahrerwunsch durch Druckschläuche auf die Bremskolben an den Rädern aufgebracht. Vorteil ist die mögliche Weiterverwendung der auskonstruierten hydraulischen Bremsen. Nachteil ist die aufwendige Druckerzeugung sowie die fehlende Ausfallsicherheit ("Single point of failure").

Die vorliegende technische Idee umfasst eine hydraulische, selbst verstärkende Bremsvorrichtung (siehe Zeichnungen) . Die Bremsdruckkräfte werden wie in einer traditionellen Automobilbremse mittels eines hydraulischen Kolbens oder Metall - balges aufgebracht (Zeichnungen: "Hauptbalg").

Bei Ausgestaltungen werden die Bremsreaktionsmomente jedoch über einen oder mehrere Abstützbälge aufgenommen (Zeichnungen: "Abstützbalg") : Die zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag wirkenden Reibekräfte lassen den Bremsbelag seitlich ausweichen, damit "drückt" die Bremsscheibe den Bremsbelag in den Abstützbalg. Somit wird die Rotationsenergie des Rades während einer Bremsung dazu genutzt, im Abstützbalg einen Über- druck aufzubauen. Dieser Überdruck kann dann mittels eines Stellventils dazu genutzt werden, den Druck im Hauptbalg zu erhöhen: Das System hat den Zustand der Selbstverstärkung erreicht .

Ein vollständiger Bremsvorgang läuft bspw. nach folgendem Ablaufschema ab:

1. Die Vorpumpe (Zeichnung: "Vorpumpe") entnimmt aus dem hyd- raulischen Speicher (Zeichnung: "hydraulischer Speicher")

Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in Stellung "C" bzw. Cl .

2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.

3. Das Stellventil fährt in Stellung "A" (Zeichnungen: "AI bzw. A2 " ) , um im Hauptbalg Druck aufzubauen. Rückschlagventile "RV1", "RV2 " , "RV3 " und "RV4 " sind in Durchlassrichtung geschaltet .

4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag seitlich ausweichen und drückt ihn in den Abstützbalg. Im Folgenden wird angenommen, dass die Drehrichtung des Rades so ist, dass der obere Abstützbalg belastet wird. Aufgrund der symmetri- sehen Auslegung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegen gesetzter Drehrichtung analog.

5. Sobald der Druck im Abstützbalg den Druck der Vorpumpe übersteigt, schließen Rückschlagventile RV2 und RV4. Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall.

6. Angeregt durch den Bremsaufbau im Abstützbalg steigt der Druck im Hauptbalg, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg steigt, etc.

7. Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck im Hauptbalg erreicht ist, wird das Stellventil in Stellung "B" bzw. Bl geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rückkehr des Stellventils in Stellung "A" weiter erhöht werden. 8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal.

9. Das Stellventil wird in Stellung "C" geschaltet, d.h. genauer Cl . 10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder entspannt sich, die

Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir. Der Bremsbelag entfernt sich, insbesondere getrieben von der Rückstellkraft des Balges, von der Bremsscheibe. 11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie daraus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstützbalg sinkt.

12. Ist der Druck im Abstützbalg auf das Niveau der Vorpumpe abgesunken, so öffnen Rückschlagventile "RV2" und "RV4", der Druck der beiden Abstützbalge nivelliert sich und der Bremsbelag wird seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation . Es ergeben sich folgende Vorteile:

Selbstverstärkung: Lediglich ein geringer Vordruck muss durch die Vorpumpe aufgebracht werden. Der Hauptdruck wird von der Bremse selbst in den Abstützbälgen erzeugt. Hierdurch ist das Bremssystem energiesparend, die Vorpumpe kann klein und billig ausgelegt werden. Das Bordnetz des Fahrzeugs wird nur gering belastet .

Sicherheit: Der Bremsdruck wird dezentral in den Einzelbrem- sen erzeugt. Hierdurch ist eine volle Redundanz der Einzel - bremsen dargestellt. Das Problem einer zentralen Bremsdruckpumpe als "Single point of failure" ist somit ausgeräumt. Regelbarkeit: In der "Electronic Wedge Brake" oder der hebel- übersetzten, selbst verstärkenden Bremse ergibt sich die Selbstverstärkung rein mechanisch, kann also nicht oder nur indirekt geregelt werden. Das Prinzip der vorliegenden Erfin- dungsmeldung beruht darauf, den Bremsdruck direkt über ein Stellventil zu regeln, und die Selbstverstärkung lediglich zum Aufbauen der Bremsdruckversorgung zu nutzen. Ein "Festfressen", d.h. also der Fall einer katastrophalen Aufschauke- lung der Selbstverstärkung kann also prinzipbedingt vermieden werden.

Kein Anliegen der Bremsscheiben: Bei traditionellen hydraulischen Bremsen können die Bremsbeläge unter gewissen Bedingungen an der Bremsscheibe anliegen, selbst wenn der Bremsdruck auf Null reduziert wurde. Dies ist ungünstig, da weiterhin

Energie in Reibung umgewandelt wird. In der vorliegenden Erfindung ist dies keine Gefahr, da der Balg stets Rückstell - kräfte aufbringt. Elektronische Ansteuerung: Das Regelventil kann auf einfache Weise elektronisch angesteuert werden. Die Bremse eignet sich also ausgezeichnet für den Einsatz in "brake -by-wire " - Umgebungen und Hybrid- oder vollelektrischen Fahrzeugen. Wartungsfrei: Der Einsatz von Metallbälgen ermöglicht einen Aufbau, ohne Kunststoff- und Gummielemente , was eine Wasseraufnahme und damit Alterung der hydraulischen Flüssigkeit verhindert. Ferner stellt ein "metallisch dichter" Aufbau sicher, dass über die Lebenszeit keine Flüssigkeit verloren geht und damit das hydromechanische System wartungsfrei ist.

Robustheit: Das Konzept weist nur wenige Lager auf bzw. die viskose Dämpfung macht das System unempfindlich gegen Verschmutzungen und Vibrationen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei - spiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 eine erste selbst verstärkende Bremse,

Figur 2 eine zweite selbst verstärkende Bremse,

Figur 3 eine einstückig gefertigte Betätigungseinheit, und

Figur 4 ein Verfahren zum Betätigen einer Bremse.

Die Figur 1 zeigt eine erste selbst verstärkende Bremse bzw. Bremsanlage 10. Die Bremsanlage 10 enthält:

- eine Scheibenbremse 12,

- einen hydraulischen Kreis 14, und

- eine Betätigungseinheit 16.

Die Scheibenbremse 12 enthält:

- eine scheibenförmige Bremsscheibe 20,

- ein äußeres Befestigungselement 22, und

- zwei beidseitig der Bremsscheibe 20 angeordnete Befestigungselemente 24, 26 mit denen die Bremsscheibe 20 auf einer Antriebswelle eines Rades befestigt ist, z.B. am linken Vor- derrad eines Kraftfahrzeugs/Auto.

Die Bremsscheibe 20 dreht sich um eine Rotationsachse 6. An den anderen Rädern des Autos können ebenfalls Bremsen gleicher Bauart angeordnet sein.

Die Betätigungseinheit 16 enthält:

- einen erster Teil 18a einer Trägervorrichtung,

- einen zweiten Teil 18b der Trägervorrichtung, - einen Bremsbelagträger 28,

- einen Bremsbelag 30, z.B. auf Gummi- oder Harzbasis,

- einen Hauptbalg 40, vorzugsweise aus Metall,

- einen ersten Abstützbalg 42, ebenfalls vorzugsweise aus Me- tall,

- einen zweiten Abstützbalg 44, z.B. aus Metall, und

- einen Balgträger 46.

Die Trägervorrichtung ist bspw. ein doppelt "schwimmend" ge- lagerter Schwimmsattel. Zur Lagerung lassen sich bspw. Linearführung oder andere Konstruktionselement verwenden. Der Hauptbalg 40 und die Abstützbälge 42 und 44 sind am Balgträger befestigt. Eine andere Ausführung wird unten an Hand der Figur 3 näher erläutert. Der Balgträger 48 ist entlang einer Abstützachse 8 in beide Richtungen beweglich gelagert. Die

Abstützachse 8 liegt bspw. im Winkel von 90 Grad zur Rotationsachse 6. Der Balgträger 46 ist bspw. nur über die Abstützbälge 42 und 44 mit der Trägervorrichtung 18a, 18b verbunden. Zusätzlich kann jedoch eine Führung für den Balgträger an der Trägervorrichtung vorgesehen sein, insbesondere eine Linearführung parallel zur oder in Richtung der Abstützachse 8. Somit liegt eine doppelte schwimmende Lagerung vor, da sich der bewegliche Teil der Trägervorrichtung auch parallel zur Rotationsachse 6 bewegen kann. Alternativ kann ein Festsattel verwendet werden.

Der hydraulischen Kreis 14 enthält:

- Rückschlagventile RV1 bis RV4 ,

- ein Stellventil SVl, vorzugsweise ein Ventil, das ohne elektrische VersorgungsSpannung geöffnet ist, d.h. "normally open" bzw. "normal geöffnet",

- Verzweigungen VI bis V5,

- einen am Stellventil SVl angeordneten Elektromagneten 48, ggf. auch an zwei Seiten jeweils einen Elektromagneten, - einen hydraulischen Speicher 50,

- eine Vorpumpe (unidirektional oder bidirektional) 52, und

- Leitungen 60 bis 84. An Stelle der Vorpumpe 52 kann auch ein Piezoelement eingesetzt werden, das eine Membran bewegt.

Das Stellventil SV1 hat drei wahlweise schaltbare Ventilstel- lungen AI, Bl, Cl . Das Stellventil SV1 hat vier Ventilanschlüsse VA1 bis VA4 , von denen aber der Ventilanschluss VA4 im Ausführungsbeispiel nicht benutzt wird, so dass auch ein Stellventil SV1 mit nur drei Anschlüssen geeignet ist. Die Leitung 60 führt von einer Öffnung des Abstützbalgs 44 zu der Verzweigung VI. Das Rückschlagventil RV2 liegt zwischen der Verzweigung VI und der Verzweigung V2. Bei kompakter Bauweise kann das Rückschlagventil RV2 direkt an die Verzweigungen VI und V2 angeschlossen werden. Alternativ wird eine Lei- tung (nicht bezeichnet) zwischen der Verzweigungen VI und dem einen Anschluss des Rückschlagventil RV2 verwendet und/oder eine Leitung 62 zwischen dem anderen Anschluss des Rückschlagventil RV2 und der Verzweigung V2 verwendet. Das Rückschlagventil RV2 lässt Fluid von der Verzweigung VI zur Ver- zweigung V2 durch.

Das Rückschlagventil RV1 liegt zwischen der Verzweigung VI und der Verzweigung V4 , unter Verwendung zweier optionaler Leitungen 72 und 74. Das Rückschlagventil RV1 lässt Fluid von der Verzweigung V4 zur Verzweigung VI durch und sperrt den Fluidfluss in die andere Richtung.

Das Rückschlagventil RV3 liegt zwischen der Verzweigung V3 und der Verzweigung V2 , unter Verwendung einer optionalen Leitung 64. Das Rückschlagventil RV3 lässt Fluid von der Verzweigung V3 zur Verzweigung V2 durch und sperrt in die andere Richtung .

Das Rückschlagventil RV4 liegt zwischen der Verzweigung V3 und der Verzweigung V4 , unter Verwendung zweier optionaler

Leitungen 78 und 76. Das Rückschlagventil RV4 lässt Fluid von der Verzweigung V3 zur Verzweigung V4 durch und sperrt in die andere Richtung. Von der Verzweigung V3 führt ein Leitung 66 zu dem Abstütz- balg 42. Eine Leitung 68 liegt zwischen dem Betätigungsbalg 40 (Hauptbalg) und dem Anschluss VAl des Stellventils SV1.

Die Leitung 70 liegt zwischen einem Anschluss VA2 des Stellventils SV1 und der Verzweigung V2.

Eine Leitung 80 führt von einem dritten Anschluss VA3 des Stellventils SV1 zu einer Verzweigung V5. Die Leitung 82 verbindet die Verzweigung V5 und den Fluidspeicher 50. Die Leitung 84 verbindet die Verzweigung V5 mit einem Anschluss der Pumpe 52. Der andere Anschluss der Pumpe 52 ist mit der Verzweigung V4 verbunden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen wird der hydraulische Kreis 14 bei gleicher Funktion modifiziert, in dem bspw. die Verzweigungen VI bis V5 an anderen Stellen oder auf andere Art und Weise gesetzt werden. Bei einer kompakten Bauweise werden die Leitungen und/oder die Verzweigungen bspw. als Kanäle in einem geschlossenen Gehäuse ausgeführt.

In der Schaltstellung AI sind nur die Anschlüsse VAl und VA2 des Stellventils SV1 verbunden. Das Fluid kann in beide Rich- tungen zwischen den Anschlüssen VAl und VA2 in der Schalt -

Stellung AI fließen. An Stelle eines bidirektionalen Flusses kann auch nur ein eindirektionaler Fluss zugelassen werden, bspw. durch entsprechende Ausgestaltung des Stellventils SV1. In der Schaltstellung Bl sind alle Anschlüsse VAl bis VA3 bzw. bis VA4 voneinander getrennt. Ein Fluidfluss ist somit nicht möglich in dieser Schaltstellung Bl des Stellventils SV1. In der Schaltstellung Cl ist ein bidirektionaler Fluss zwischen den Anschlüssen VAl und VA3 möglich. An Stelle eines bidirektionalen Flusses kann auch nur ein eindirektionaler Fluss zugelassen werden. Der Elektromagnet 48 des Stellventils SVl wird durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert. Dabei kann ein Steuerverfahren oder ein Regelverfahren eingesetzt werden. Ein optionaler Drucksensor kann den Druck im hydraulischen Kreis 14 erfassen, z.B. den Druck im Betätigungsbalg 40 oder an einer anderen Stelle.

An Stelle einer elektrischen Ansteuerung des Stellventils SVl kann auch eine pneumatische Ansteuerung erfolgen.

Ein vollständiger Bremsvorgang läuft bspw. nach folgendem Ablaufschema ab: 1. Die Vorpumpe 52 entnimmt aus dem hydraulischen Speicher 50 Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in Stellung Cl .

2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.

3. Das Stellventil SVl fährt in Stellung AI, um im Hauptbalg 40 Druck aufzubauen. Die Rückschlagventile RV1, RV2 , RV3 und RV4 sind in Durchlassrichtung geschaltet. 4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag 30 seitlich ausweichen und drückt den mit dem Bremsbelag 30 gekoppelten Bremsbelagträger 46 in den Abstützbalg 42. Im Folgenden wird angenommen, dass die Drehrichtung des Rades so ist, dass der Abstützbalg 42 belastet wird. Aufgrund der symmetrischen Aus- legung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegengesetzter Drehrichtung des Rades bzw. der Bremsscheibe 20 auf analoge Art und Weise.

5. Sobald der Druck im Abstützbalg 40 den Druck der Vorpumpe 52 übersteigt, schließen die Rückschlagventile RV2 und RV4. Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall . 6. Angeregt durch den Bremsaufbau im Abstützbalg 42 steigt der Druck im Hauptbalg 40, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg 42 steigt, etc.

7 . Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck bzw. Soll- druck im Hauptbalg 40 erreicht ist, wird das Stellventil SV1 in die Schaltstellung Bl geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg 40 bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rückkehr des Stellventils SV1 in Schaltstellung AI weiter erhöht werden .

8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal. 9. Das Stellventil SV1 wird in die Schaltstellung Cl geschaltet .

10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder bzw. Hauptbalg 40 entspannt sich, die Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir bzw. in den Fluidspeicher 50. Der Bremsbelag 30 entfernt sich getrieben von der Rückstellkraft des Balges 40 von der Bremsscheibe 20.

11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie dar- aus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstütz- balg 42 sinkt.

12. Ist der Druck im Abstützbalg 42 auf das Niveau des Drucks der Vorpumpe 52 abgesunken, so öffnen die Rückschlagventile RV2 und RV4 , der Druck der beiden Abstützbalge 42 und 44 nivelliert sich und der Bremsbelag 30 wird seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation.

Die Figur 2 zeigt eine zweite selbst verstärkende Bremse bzw. Bremsanlage 10b. Die Bremsanlage 10b ist bezüglich einer

Scheibenbremse 12b wie die Scheibenbremse 12, bezüglich einer Betätigungseinheit 16b wie die Betätigungseinheit 16 und bezüglich eines linken Teils eines hydraulischen Kreises 14b wie der hydraulische Kreis 14 aufgebaut. Somit wird auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. Zur Unterscheidung wird den in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen der Kleinbuchstabe "b" nachgestellt. Somit gibt es in der Bremsanlage 10b insbe- sondere :

- eine Rotationsachse 6b,

- eine Abstützachse 8b,

- eine Bremsanlage 10b,

- eine Scheibenbremse 12b,

- einen hydraulischen Kreis 14b,

- eine Betätigungseinheit 16b,

- einen ersten Teil 18c der Trägervorrichtung,

- einen zweiten Teil 18d der Trägervorrichtung,

- eine Bremsscheibe 20b,

- ein Befestigungselement 22b,

- Befestigungselemente 24b, 26b,

- einen Bremsbelagträger 28b,

- einen Bremsbelag 30b,

- einen Hauptbalg 40b,

- einen erster Abstützbalg 42b,

- einen zweiten Abstützbalg 44b,

- einen Balgträger 46b,

- Rückschlagventile RVlb bis RV4b,

- ein Stellventil SVlb,

- Ventilstellungen A2 , B2, C2, die den Ventilstellungen AI, B2, Cl entsprechen,

- Verzweigungen Vlb bis V5b, die den Verzweigungen VI bis V5 entsprechen,

- einen Elektromagneten 48b,

- einen hydraulischen Speicher 50b,

- eine Vorpumpe 52b (unidirektional der bidirektional),

- Leitungen 60b bis 82b, die den Leitungen 60 bis 82 entsprechen, und

- Ventilanschlüsse VAlb bis VA4b.

Im hydraulischen Kreis 14b ist eine Vorpumpe 52b nur optional. Falls eine Vorpumpe 52b vorhanden ist, liegt sie zwischen der Verzweigung V5b und einer Verzweigung V7b. Ein Rückschlagventil RV5b liegt zwischen der Verzweigung V5b und der Verzweigung V7b und ermöglicht einen Fluidfluss von der Verzweigung V5b zur Verzweigung V7b aber sperrt den Fluidfluss in die umgekehrte Richtung, d.h. von der Verzweigung V7b zur Verzweigung V5b.

Ein Rückschlagventil RV6b liegt zwischen der Verzweigung V7b und einer Verzweigung V8b. Das Rückschlagventil RV6b ermöglicht einen Fluidfluss von der Verzweigung V7b zur Verzwei - gung V8b aber sperrt den Fluidfluss in die umgekehrte Richtung .

An der Verzweigung V8b ist ein Druckspeicher 200 angeschlossen. Der Druck im Druckspeicher 200 wird bspw. auf einem Wert im Bereich von 1 Bar bis 15 Bar aufgebaut bzw. im Bereich von 1 MPa bis 15 MPa. Alternativ werden höhere Drücke verwendet. So kann der Druck im Anpassungszylinder 202 bspw. auf bis zu 300 Bar steigen, was bei einer Anpassung von 1:10 bspw. 30 Bar ergibt. Somit kann der Druck im Druckspeicher 200 auch im Bereich von 1 Bar bis 50 Bar liegen.

Eine Leitung 210 liegt zwischen den Verzweigungen V4b und V8b. Anstelle von zweifach Verzweigungen können auch dreifach Verzweigungen eingesetzt werden, so dass die Leitung 210 dann nicht benötigt wird.

Ein Druck-Anpassungskolben/Zylinder 202 liegt zwischen einer Verzweigung V6b in der Leitung 62b und der Verzweigung V7b . Die größere Kolbenfläche des Anpassungskolbens 202 liegt auf der Seite der Verzweigung V7b . Die kleinere Kolbenfläche des Anpassungskolbens 202 liegt auf der Seite der Verzweigung V6b. Im Druck-Anpassungskolben/Zylinder 202 befindet sich auf der größeren Kolbenseite bspw. eine Druckfeder. An Stelle der Vorpumpe 52b kann auch ein Piezoelement eingesetzt werden, das eine Membran bewegt. An Stelle einer elektrischen Ansteuerung des Stellventils SVlb kann auch eine pneumatische Ansteuerung erfolgen. Ein vollständiger Brems - Vorgang läuft bspw. nach folgendem AblaufSchema ab:

1. Die optionale Vorpumpe 52b entnimmt aus dem hydraulischen Speicher 50b Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in der Schaltstellung C2. Falls bereits Druck im Druckspeicher 200 vorhanden ist, bspw. von einer vorhergehenden Bremsung, entfällt der obere Schritt .

2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.

3. Das Stellventil fährt in die Schaltstellung A2 , um im Hauptbalg 40b Druck aufzubauen. Die Rückschlagventile RVlb, RV2b, RV3b und RV4b sind in Durchlassrichtung geschaltet.

4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag 40b seitlich ausweichen und drückt damit den Balgträger 46b in den Abstützbalg 42b. Im Folgenden wird angenommen, dass die Dreh- richtung des Rades bzw. der Bremsscheibe 20b so ist, dass der Abstützbalg 42b belastet und der Abstützbalg 44b entlastet wird. Aufgrund der symmetrischen Auslegung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegengesetzter Drehrichtung der Bremsscheibe 20b analog.

5. Sobald der Druck im Abstützbalg 40b den Druck der Vorpumpe bzw. den Druck im Druckspeicher 200 übersteigt, schließen die Rückschlagventile RV2b und RV4b . Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall.

6. Angeregt durch den Abstützdruckaufbau im Abstützbalg 42b steigt der Druck im Hauptbalg 40b, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg 40b steigt, etc.

Gleichzeitig wird über den Anpassungskolben 202 (Hubübersetzer) der Druckspeicher 200 wieder mit Druck beaufschlagt, d.h. sozusagen "aufgeladen". 7 . Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck bzw. Soll- druck im Hauptbalg 40b erreicht ist, wird das Stellventil SVlb in die Schaltstellung B2 geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg 40b bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rück- kehr des Stellventils SVlb in die Schaltstellung A2 weiter erhöht werden.

8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal. 9. Das Stellventil SVlb wird in die Schaltstellung C2 geschaltet .

10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder bzw. Hauptbalg 40b entspannt sich, die Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir 50b. Der Bremsbelag 30b entfernt sich getrieben von der Rückstellkraft des Balges 40b von der Bremsscheibe 20b.

11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie daraus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstütz- balg 40b sinkt.

12. Ist der Druck im Abstützbalg 40b auf das Niveau des durch die der Vorpumpe 52b bzw. durch den Druckspeicher 200 erzeugten Drucks abgesunken, so öffnen die Rückschlagventile RV2b und RV4b, der Druck der beiden Abstützbalge 42b und 44b nivelliert sich und der Bremsbelag 30b wird über den Balgträger 46b seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation . Der Anpassungskolben 202 (Hubübersetzter) dient zum Beaufschlagen des Druckspeichers 200 mit Druck. Dadurch wird erreicht, dass die Vorpumpe 52b länger abgeschaltet werden kann und trotzdem immer ein Vordruck im hydraulischen Kreis 14b ist. Dies ist so, weil der Druckspeicher 200 einen Energie- Speicher darstellt, der Energie für die nächste Bremsung bereitstellt. Eine Fläche des Anpassungskolbens 202 ist bspw. mindestens 50 Prozent kleiner oder mindestens 100 Prozent kleiner als die andere Wirkfläche. Der Druck im Bremszylinder oder Bremsbalg kann typischerweise bei bis zu 300 Bar liegen, d.h. bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 werden 150 Bar im Druckspeicher anliegen. Alternativ werden kleinere Werte des Drucks im Druckspeicher verwendet.

Der Druckspeicher 200 bildet ein Reservoir in dem das Fluid mit einem Vordruck gespeichert werden kann, der höher als der Umgebungsdruck ist, bspw. mindestens doppelt so hoch aber bspw. kleiner als 20 mal so hoch.

Die Rückschlagventile RV5b und RV6b ermöglichen ein Zuschalten der Vorpumpe .

Über die Leitung 210 kann der hydraulische Kreis 14b wahlwei - se über die Vorpumpe 52b oder über den Druckspeicher 200 mit einem Vordruck versorgt werden.

Die Vorpumpe 52b kann über das Rückschlagventil RV6b auch den Druckspeicher 200 mit Druck beaufschlagen.

An Stelle der Vorpumpe 52b kann auch eine Membranpumpe mit Piezoantrieb verwendet werden. Ein optionaler Drucksensor im hydraulischen Kreis 14b ist nicht dargestellt, siehe aber auch die Ausführungen zu Figur 1.

Die Figur 3 zeigt eine einstückig bzw. metallisch dicht gefertigte Betätigungseinheit, d.h. einen Dreifachbalg 250. Der Dreifachbalg 250 enthält:

- einen Betätigungsbalg 252,

- einen Abstützbalg 254, und

- einen Abstützbalg 256.

Zwischen dem Abstützbalg 254 und dem Abstützbalg 256 befindet sich ein Zwischenraum 258, der rechts durch den Verschluss des Abstützbalgs 254 und links durch den Verschluss des Abstützbalgs 256 begrenzt wird. Der Verschluss des Betätigungsbalgs 252 begrenzt den Zwischenraum 258 nach unten hin. Nach oben hin ist der Zwischenraum 258 durch eine Abdeckung 259 begrenzt. Nach vorn und hinten ist der Zwischenraum 258 durch eine nicht dargestellte Vorderwand und eine nicht dargestellte Rückwand begrenzt. Somit ist der Zwischenraum im Ausführungsbeispiel allseitig umbaut. Alternativ wird eine Bauweise verwendet, bei dem ein dem Zwischenraum 258 entsprechender Zwischenraum an mindestens einer Seite offen bleibt.

Im Zwischenraum werden Stücke von Leitungen 260 bis 264 geführt. Die Leitung 260 entspricht der Leitung 66 bzw. 66b. Die Leitung 262 entspricht der Leitung 68 bzw. 68b. Die Leitung 264 entspricht der Leitung 60 bzw. 60b

Im Übrigen kann der Dreifachbalg 250 an Stelle der drei Bälge 40, 42 und 44 in der Betätigungseinheit 16 bzw. an Stelle der drei Bälge 40b, 42b und 44b in der Betätigungseinheit 16b verwendet werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel befindet sich der gesamte Hydraulikkreis 14 bzw. 14b innerhalb eines dem Drei- fachbalg entsprechenden Balges. Die Einbauten können alle in einem dem Zwischenraum 258 entsprechenden Zwischenraum oder sowohl in dem Zwischenraum als auch innerhalb der Bälge 252 und/oder 254 und/oder 256 untergebracht sein. Eine optionale Kapselung kann innerhalb der Bälge 252 bis 256 zum Schutz der Einbauten verwendet werden. Nach außen hin wird der Dreifachbalg dann bspw. nur von einer oder mehreren elektrisch leit- fähigen Ansteuerleitungen durchdrungen, die elektrische An- steuersignale von/zu einer Steuereinheit übertragen. Die elektrische Zuleitung lässt sich bzw. die elektrischen Zulei- tungen lassen sich einfacher abdichten als Fluidzuleitungen . Die Ansteuersignale können gemäß einem der folgenden Protokolle übertragen werden:

- FlexRay,

- Profinet,

- CAN-Bus (Controller Area Network) ,

- Ethernet (IEEE 802.x), bzw.

- LIN (Local Interconnect Network) . Alternativ kann eine Antriebseinheit der Pumpeinheit außerhalb des Dreifachbalgs angeordnet werden. So kann ein Piezo- antrieb außerhalb liegen und die Membran der Pumpe Bestandteil des Gehäuses des Dreifachbalgs sein.

Die Figur 4 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Betätigen einer Bremse. Die Verfahrensschritte werden insbesondere für die Bremsanlagen 10, 10b durchgeführt, bspw. unter Verwendung eines Prozessors, Mikroprozessors oder Mikrocont- rollers. Alternativ kann eine elektronische Schaltung ohne Prozessor zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden.

Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 300, im Folgenden kurz Schritt genannt. In einem dem Schritt 300 folgen- den optionalen Schritt 302 wird ein Vordruck aufgebaut, um ein schnelles Bremsen zu gewährleisten und/oder um die Bremsanlage laufend überprüfen zu können. Ein Absinken des Vordrucks, insbesondere ein zu schnelles Absinken, kann auf einen Fehler in der Bremsanlage hindeuten.

In einem folgenden Schritt 304 tritt der Fahrer bspw. auf ein Bremspedal oder ein Bremsvorgang soll automatisch eingeleitet werden. Der Verstellweg des Bremspedals bzw. die automatischen Bremseinheit gibt einen Solldruck vor.

In einem dem Schritt 304 folgenden Schritt 306 wird das Stellventil SV1 bzw. SVlb in die Schaltstellung Cl, bzw. C2 geschaltet, so dass in einem Schritt 308 das Umleiten des Drucks aus dem Abstützbalg 42, 42b, 254 in den Hauptbalg bzw. Betätigungsbalg 40, 42b, 252 erfolgen kann, wie oben an Hand der Figuren 2 und 3 näher erläutert worden ist.

In einem Verfahrensschritt 310 wird geprüft, ob der vorgegebene Solldruck erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren im Schritt 308 fortgesetzt mit dem selbst verstärkenden Druckaufbau. Das Verfahren befindet sich nun in einer Schleife aus den Verfahrensschritten 308 und 310. Diese Schleife wird im Schritt 310 erst dann verlassen, wenn festgestellt wird, dass der Solldruck erreicht ist.

Nach dem Verlassen der Schleife aus den Schritten 308 und 310 wird das Verfahren im Schritt 312 fortgesetzt, wobei das Stellventil SV1, SV2 in die Schaltstellung Bl bzw. B2 geschaltet wird, womit keine Fluidverbindung mehr zwischen Abstützbalg und Betätigungsbalg geschaltet ist. In einem folgenden Schritt 314 wird geprüft, ob das Bremspedal noch tiefer gedrückt worden ist, d.h. der Solldruck erhöht sich weiter. Alternativ gibt eine Steuereinheit einen höheren Solldruck vor, bspw. weil die Straße glatt ist oder der Straßenbelag/Reifen nicht wie erwartet bremst.

Wird das Bremspedal tiefer gedrückt, so folgt nach dem

Schritt 314 der Schritt 306 und das Verfahren befindet sich in einer zweiten Schleife aus den Verfahrensschritten 306 bis 314. In dieser Schleife erfolgt eine weitere Druckerhöhung des Bremsdrucks auf selbst verstärkende Art und Weise.

Die Schleife aus den Verfahrensschritten 306 bis 314 wird im Schritt 314 verlassen, wenn das Bremspedal nicht weiter bewegt wird.

In einem folgenden Schritt wird geprüft, ob das Bremspedal durch den Fahrer wieder frei gegeben worden ist, bzw. ob eine automatische Steuerung den Bremsvorgang beendet. Ist dies nicht der Fall, so wird eine dritte Schleife aus den Schrit- ten 314 bis 316 durchlaufen, während der Bremsdruck unverändert bleibt oder weiter steigt.

Die dritte Schleife wird im Schritt 316 verlassen, wenn das Bremspedal durch den Fahrer freigegeben wird bzw. das Bremsen auf andere Art beendet wird. In diesem Fall folgt unmittelbar nach dem Schritt 316 ein Schritt 318, in welchem das Stellventil SV1, SVlb in die Schaltstellung Cl bzw. C2 geschaltet wird, d.h. in die Ausgangsstellung. Anschließend wird das Verfahren im Schritt 320 beendet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird auch eine Abfrage dahin gehend einbezogen, ob das Bremspedal nur teilweise losgelassen worden ist bzw. ob der Solldruck etwas kleiner geworden ist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können Verfahrensschritte weggelassen werden, hinzugefügt werden oder es kann eine andere Reihenfolge der Schritte geben.

An Stelle eines Hauptbalgs bzw. Betätigungsbalgs 40, 40b, 252 usw. können auch mehrere Bälge eingesetzt werden. Gleiches gilt für den Abstützbalg 42, 42b, 254 für die Vorwärtsrichtung bzw. den Abstützbalg 44, 44b, 256 für die Rückwärtsrich- tung . Auch Bremsen für nur eine Bewegungsrichtung werden eingesetzt, so dass ein Abstützbalg bzw. eine Abstützbalggruppe für eine Bremsrichtung entfallen kann.

Das vorgeschlagene System kann rein elektronisch aktiviert werden. Damit ist das System leichter in ein Elektroauto bzw. eCar zu bringen und als "mechatronisches " System im Gegensatz zum rein mechano-hydraulischen System zu sehen.

Energie für das Aufbringen des Vordrucks per elektrischer Pumpe kann beispielsweise auch durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen (eCar) Motoren aufgebracht werden.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Han- delns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutz- umfang der Erfindung zu verlassen. Die genannten Weiterbildungen/Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) einer Bremsanlage (10, 10b) , enthaltend

eine Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) ,

ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement (40, 40b, 252) , das an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnet ist,

mindestens ein Bremselement (30, 30b), das an dem Betäti- gungselement (40, 40b) angeordnet ist,

ein an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnetes Abstützelement (42, 42b; 254, 256), das auf Fluidbasis arbeitet ,

wobei das Abstützelement (42, 42b; 254, 256) an dem Betäti- gungselement (40, 40b, 252) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46, 46b) zwischen dem Betätigungselement (40, 40b, 252) und dem Abstützelement (42, 42b; 254, 256) gibt ,

und wobei das Abstützelement (42, 42b; 254, 256) ein Balg ist oder einen Balg enthält.

2. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 1, wobei an dem Bremselement (30, 30b) eine Bremsfläche ausgebildet ist, und wobei das Betätigungselement (40, 40b) bei einer Be- tätigung eine Längenänderung seiner Länge bewirkt, die zu einer Verschiebung der Bremsfläche führt.

3. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 2, wobei die Verschiebung entlang einer ersten Achse (6, 6b) erfolgt.

4. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstützelement (42, 42b) bei einer Betätigung des Betätigungselements (40, 40b) durch eine Umfangskraft an einer Bremsscheibe (20, 20b), die auf das Be- tätigungselement (40, 40b) und von diesem auf das Abstützelement (42, 42b) wirkt, zusammengedrückt wird.

5. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fluidsystem (14, 14b) das Betätigungselement (40, 40b) und das Abstützelement (42, 42b) verbindet .

6. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 5, wobei das Fluidsystem (14, 14b) ein Mehrwegeventil (SV1, SVlb) enthält .

7 . Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 6, wobei das Mehrwegeventil (SV1, SVlb) mindestens drei Anschlüsse (VA1 bis VA3 ; VAlb bis VA3b) hat oder enthält.

8. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 7 , wobei ein erster Anschluss (VA1, VAlb) des Mehrwegeventils (SV1,

SVlb) mit dem Betätigungselement (40, 40b) verbunden ist, und wobei ein zweiter Anschluss (VA2, VA2b) des Mehrwegeventils (SV1, SVlb) mit dem Abstützelement (42, 42b) verbunden ist .

9. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 8, wobei ein dritter Anschluss (VA3, VA3b) des Mehrwegeventils (SV1, SVlb) mit einem Fluidspeicher (50, 50b) verbunden ist.

10. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweites Abstützelement (44, 44b) an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnet ist ,

und wobei das zweite Abstützelement (44, 44b) an dem Betäti- gungselement (40, 40b, 252) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46, 46b) zwischen dem zweiten Abstützelement (44, 44b; 254, 256) und dem Betätigungselement (40, 40b, 252) gibt.

11. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Druckanpassungsvorrichtung (202) vorhanden ist.

12. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (40, 40b, 252) und das Abstützelement (44, 44b; 254, 256) einstückig und oder metallisch dicht gefertigt sein.

13. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (40, 40b, 252) und/oder das Abstützelement mindestens eine hydraulische Schalteinheit (SV1, SVlb) enthält.

14. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend ein Gehäuse (250) , das mindestens eines der folgenden Bestandteile enthält: eine Flu- idspeichereinheit (50, 50b) , eine Schalteinheit (SV1, SVlb) eine ersten Kanal, einen zweiten Kanal,

wobei das Gehäuse (80) metallisch dicht ist oder metallisch dicht mit dem Balg (42, 42b, 254) verbunden ist.

15. Verfahren zum Bremsen, enthaltend

fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes (40, 40b, 252) einer Bremse (10, 10b) ,

Einleiten einer beim Bremsen erzeugten Querkraft in ein flu- idbasiertes Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256), Umleiten (308) des Fluiddrucks vom Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256) in das Betätigungselement (40, 40b, 252), wobei das Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256) ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist .